De TU Delft claimt een doorbraak te hebben bereikt in de ontwikkeling van autonome drones

Een onderzoeksteam van de TU Delft heeft een drone ontwikkeld die kan vliegen met behulp van neuromorfe beeldverwerking en -besturing op basis van het functioneren van dierlijke hersenen. Deze toepassingen verbruiken minder stroom dan de huidige diepe neurale netwerken die op grafische chips (GPU) draaien. De onderzoekers gebruiken Loihi, een neuromorfe onderzoekschip van Intel.

Volgens de universiteit zijn de resultaten veelbelovend. “Neuromorfe processors zijn zeer geschikt voor kleine drones omdat ze geen grote, zware hardware of batterijen nodig hebben.” Tijdens de vlucht verwerkt het diepe neurale netwerk van de drone met neuromorfe technologie gegevens tot 64 keer sneller en gebruikt het drie keer minder stroom dan een GPU. Volgens wetenschappers zal het met de vooruitgang van de technologie mogelijk zijn om de sprong te maken naar drones die zo klein, wendbaar en intelligent zijn als vliegende insecten of vogels. De bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science Robotics.

dierlijke hersenen

Kunstmatige intelligentie heeft een groot potentieel om autonome robots te voorzien van de intelligentie die nodig is voor praktische toepassingen. De huidige AI is echter afhankelijk van diepe neurale netwerken die aanzienlijke rekenkracht vereisen, leggen de wetenschappers uit. “Dierlijke hersenen verwerken informatie op een heel andere manier dan neurale netwerken die op grafische chips (GPU) draaien. Biologische neuronen verwerken informatie asynchroon en communiceren voornamelijk via elektrische impulsen. Pieken Ze worden genoemd. Omdat het verzenden van dergelijke pieken energie kost, minimaliseren de hersenen de pieken, wat leidt tot een slechte verwerking.”

Eenvoudiger

Geïnspireerd door deze eigenschappen van het dierlijke brein ontwikkelen wetenschappers en technologiebedrijven nieuwe neuromorfe processors. Deze nieuwe processors maken het mogelijk om neurale netwerken te laten draaien die naar verwachting veel sneller en energiezuiniger zullen zijn. “De berekeningen die worden uitgevoerd door neurale netwerken te pieken zijn veel eenvoudiger dan die van standaard diepe neurale netwerken”, zegt Jesse Hagenaars, een promovendus en een van de auteurs van het artikel. ‘Terwijl digitale neuronen alleen hele getallen hoeven op te tellen, hoeven standaardneuronen te vermenigvuldigen en decimale getallen op te tellen. Dit maakt versterkte neurale netwerken sneller en energiezuiniger. Mensen vinden het immers veel gemakkelijker om 5 + 8 te berekenen dan om 6,25 x 3,45 + 4,05 x 3,45 te berekenen.

In het Science Robotics-artikel demonstreren onderzoekers van de TU Delft voor het eerst een drone die gebruik maakt van neuromorfe beeldverwerking en -besturing voor autonoom vliegen. Concreet ontwikkelden ze een neuraal netwerk dat signalen van een neuromorfe camera verwerkt en omzet in besturingsopdrachten voor de drone. Ze implementeerden dit netwerk op een neuromorfe processor, de Loihi, een neuromorfe onderzoekschip van Intel, aan boord van een drone. Dankzij het netwerk kan de drone zijn eigen beweging detecteren en in alle richtingen besturen.

spelwisselaar

Guido de Croon, hoogleraar bio-geïnspireerde drones, denkt dat neuromorfe AI een autonome robot intelligenter kan maken. Hij ziet het vooral als een “absolute game changer” voor kleine autonome robots. ‘Bij de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van de TU Delft werken we aan kleine autonome drones die ingezet kunnen worden voor toepassingen variërend van het monitoren van gewassen in kassen tot het monitoren van de voorraad in magazijnen. De voordelen van kleine drones zijn dat ze heel veilig zijn en in nauwe ruimtes kunnen navigeren, bijvoorbeeld tussen rijen tomatenplanten. Bovendien kunnen ze erg goedkoop zijn, zodat ze in zwermen kunnen worden ingezet. Dat is handig voor een snelle verkenning van een gebied, omdat we bijvoorbeeld mensen moeten redden of snel een gaslek moeten lokaliseren.’

Testmethode en uitdagingen.
Bekijk hier een uitgebreide versie van het bericht over neuromorfe chips en AI-toepassingen, met onder meer uitleg over de testmethode en uitleg over de uitdagingen rondom de autonome besturing van kleine drones.